Wenn ein Kohlelieferant einen Wärmegehalt von 25.000 kJ/kg angibt, ein Dieseldatenblatt einen Bruttoheizwert von 45,5 MJ/kg angibt oder ein Brandschutzlabor ein Baumaterial nach ISO 1716 - zertifiziert, gehen alle diese Zahlen auf ein Sauerstoffbombenkalorimeter zurück. Und in den meisten modernen Labors ist das Gerät, das diese Arbeit verrichtet, ein Isoperibol-Bombenkalorimeter.
Das Messprinzip hat sich seit über einem Jahrhundert nicht verändert. Eine genau abgewogene Probe -, ein paar Zehntel Gramm Kohle oder ein paar Milliliter Treibstoff -, wird in einer schweren Edelstahlbombe eingeschlossen, die dann mit reinem Sauerstoff auf etwa 30 bar unter Druck gesetzt wird. Die Bombe befindet sich in einem Eimer mit Wasser und ein in die Probe eingeschmolzener Platindraht entzündet das Material. Bei der vollständigen Verbrennung wird Wärme freigesetzt, die die Temperatur der Bombe, des Wassers und des Eimers erhöht. Messen Sie diesen Temperaturanstieg, wenden Sie die bekannte Wärmekapazität des Instruments an, und Sie erhalten den Bruttoheizwert -, die Gesamtwärme, die beim Verbrennen der Probe bei konstantem Volumen freigesetzt wird.
Der „Isoperibol“-Teil unterscheidet moderne Instrumente von ihren einfacheren Vorfahren. Im Griechischen bedeutet Isoperibol „konstante Umgebung“. Die Bombe und der Eimer sind von einem Wassermantel umgeben, der während des gesamten Laufs auf einer konstanten Temperatur gehalten wird (typischerweise innerhalb von ±0,01 Grad). Da der Eimer nahe der Raumtemperatur beginnt und sich während der Verbrennung nur um wenige Grad erwärmt, entweicht eine kleine und kalkulierbare Wärmemenge über die Mantelgrenze des Eimers. Das Instrument misst kontinuierlich die Manteltemperatur, wendet eine mathematische Kühlkorrektur an (in den meisten Implementierungen die Regnault-Pfaundler-Korrektur) und ermittelt einen korrigierten Temperaturanstieg, der jedes mit der Umgebung ausgetauschte Joule Wärme berücksichtigt.
Was Isoperibol zum Arbeitspferd der industriellen Kalorimetrie macht, ist die Ausgewogenheit, die es schafft. Vollständig adiabatische Systeme verfolgen die Manteltemperatur entsprechend der Schaufeltemperatur, wodurch die Korrektur entfällt, die Mechanik jedoch komplexer wird und die Läufe langsamer werden. Statische -Mantelsysteme ohne jegliche Temperaturkontrolle sind einfacher, erfordern jedoch größere Korrekturen und eine sorgfältige Umgebungskontrolle. Eine Isoperibol-Einheit steuert den Mantel mit einer elektrischen Heizung und einer Thermometerschleife, führt einen vollständigen Kohle- oder Brennstofftest in etwa 8 bis 12 Minuten durch und liefert eine Wiederholgenauigkeit von ±50 J/g -, was bequem den Anforderungen von ASTM D5865 für Kohle, ASTM D240 für flüssige Brennstoffe und ISO 1716 für Baumaterialien entspricht.